[發明專利]基于移動Sink位置可預測的無線傳感器網絡數據采集方法

有效

• 申請號: 201310628381.3
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103596222A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 朱川;王瑤;韓光潔;張慧
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W84/18
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡數據采集技術，具體地本發明涉及一種用節點維護的時鐘用來預測移動Sink位置，進行全網數據采集，并將其應用于WSNs的數據采集方法。

背景技術

近年來，隨著微電機系統、無線通信和數字電子技術的發展，無線傳感器網絡（WSN，wireless?sensor?networks）的應用也日趨廣泛，數據采集是其基本應用之一。人們通過在感興趣環境中部署大量傳感器節點，對各種興趣數據進行采集，如溫度、濕度、聲音、圖像、視頻等，大數據量的采集，如圖像、視頻數據的采集，給數據采集方案的設計帶來了一定的挑戰。傳統的移動Sink位置固定的采集方式，存在漏斗效應、通信開銷大、通信約束等限制，不能很好的滿足應用的需求。因此，如何在采集大量興趣數據的同時，實現網絡的能量消耗均衡、能量高效，延長網絡使用壽命成為一個極具挑戰數據采集設計問題。

目前，行業內對通過移動Sink對無線傳感器網絡進行數據采集的相關研究也取得了一定的進展，E.M.Saad等人在2008年的《The?Fourth?International?Conference?on?Wireless?and?Mobile?Communications》上發表的文章“A?Data?Gathering?Algorithm?for?a?Mobile?Sink?in?Large-Scale?Sensor?Networks”，該算法先將傳感器節點分簇，再將相距不超過兩跳的簇頭聚類為一個群，將群的中心作為移動Sink必須遍歷的位置（Path-Point）；采用蜂群算法（Bees?Algorithm）規劃遍歷Path-Point的最佳路徑，從而使得目標函數F最小；移動Sink每到達一個群中心，該群的所有簇頭節點以一跳的方式直接向移動Sink路由數據包；Sink通過遍歷所有Path-Point采集整個網絡的數據。由于簇頭以一跳的方式直接與Sink通信，移動Sink每到達一個新的Path-Point均需進行廣播告知該群的簇頭向Sink報告數據，帶來較大的能量開銷；雖然在目標函數中將節點內存溢出加以考慮，但由于移動Sink以較低速度移動且只有局部的傳感器節點可以向Sink報告數據包，節點內存溢出的狀況依然沒有得到較好的解決。

Yinying?Yang等人在2011年的《IEEE-International?Conference?on?Recent?Trends?in?Information?Technology》上發表文章“Improving?Energy?Efficiency?and?Reliability?using?multiple?mobile?sinks?and?hierarchical?clustering?in?Wireless?Sensor?Networks”，分簇大小隨著與BS的距離的增大而逐漸增大，通過減小BS周圍的簇的大小，減輕BS附近的簇頭感知數據的負擔；采用移動Sink進行數據采集，使得在移動Sink周圍的節點或簇，直接將數據給附近的Sink而不必通過多跳方式將數據傳給基站，從而進一步減少節點的能量消耗。該算法將靜態基站和移動Sink結合進行數據采集，雖然簇大小隨著距離基站位置變化的分簇機制可以在一定程度上緩解“漏斗效應”，但基站周圍的節點依然還是網絡中的hot-spots，且只有距離移動Sink一跳的簇頭節點與Sink間直接通信，移動Sink只能在網絡中的局部發揮作用。

YiShi和Y.Thomas?Hou在2012年的《IEEE/ACM?TRANSACTIONS?ON?NETWORKING》上發表文章“Some?Fundamental?Results?on?Base?Station?Movement?Problem?for?Wireless?Sensor?Networks”，該文獻主要解決的是如何利用移動BS來延長網絡生存期問題。BS的位置是時間相關的，多跳的數據流路由也是時間和空間相關的，為了簡化問題，將BS位置的確定所涉及的時域問題轉換到空域進行解決，并證明BS移動進行數據采集的狀況下的無窮多采集點可以轉換成有限個駐留點進行數據的采集；提出(1-e)近似算法，將感知區域進行劃分，對各個區域移動Sink駐留的時間進行計算，得到接近網絡最優生存期的生存時間為最大生存時間的（1-e）倍，e為一個任意給定的很小的數；對于特定分區后的網絡，BS在某區域的駐留時間上有很大的差異性。該文獻為移動Sink在各個區域的駐留時間的確定提供理論指導，但是計算復雜且當整個網絡分區數目變化時，需要重新計算所有區域的駐留時間。